압력

만약 당신이 볼링 핀을 벽에 박아 넣으려 한다면, 볼링 핀을 더 이상 빌려주지 않기로 결정한 사람들을 제외하고는 아무 일도 일어나지 않을 것이다. 그러나 못에 같은 힘으로 망치를 친다면 못이 벽을 뚫을 확률이 훨씬 높을 것이다. 이것은 힘의 크기를 아는 것만으로는 충분하지 않다는 것을 보여준다. 즉, 여러분은 또한 그 힘이 충격 표면에 어떻게 분포되는지 알아야 한다. 못의 경우, 벽과 못 사이의 모든 힘을 못의 뾰족한 끝에 있는 아주 작은 지역으로 집중시켰다. 그러나 볼링핀의 경우 벽에 닿는 면적이 훨씬 커 힘이 훨씬 덜 집중됐다. 이 개념을 정확하게 하기 위해 우리는 압박의 개념을 사용한다. 압력은 면적당 가해지는 힘의 양으로 정의된다. 따라서 많은 양의 압력을 발생시키기 위해 큰 힘을 가하거나 작은 영역에 힘을 가할 수 있다(또는 둘 다). 다시 말해, 모든 손톱 끝의 총 표면적이 충분히 크다면, 당신은 손톱 밑바닥에 누워있어도 안전할 것이다. 이 정의는 또한 압력의 단위가 평방미터당 뉴턴이라는 것을 의미한다. 단단한 표면은 압력을 가할 수 있지만 액체(즉, 액체나 가스)도 압력을 가할 수 있다. 이것은 액체로 못을 박는 것을 상상하기 어렵기 때문에 생각해 보면 이상하게 보일 수도 있다. 이것을 이해하려면, 물속 깊이까지 잠기는 것을 상상해보라. 여러분 위에 있는 물은 중력의 힘 때문에 여러분을 짓누르게 되고, 따라서 여러분에게 압력을 가하게 될 것이다. 더 깊이 들어가면 위에 물이 더 많아져 물로부터 나오는 무게와 압력도 함께 커진다.액체 중량이 압력을 행사할 수 있을 뿐만 아니라 가스의 중량도 압력을 가할 수 있다. 예를 들어, 우리 대기 중 공기의 무게는 상당하며 우리는 거의 항상 바닥이다. 대기의 무게에 의해 몸에 가해지는 압력은 의외로 크다. 당신이 그것을 알아차리지 못하는 이유는 대기압이 항상 있기 때문이다. 우리는 정상적인 대기압 이상 또는 이하의 압력의 변화를 눈치채고 있다. 우리의 몸은 내부 기압의 균형을 맞추기 위해 바깥쪽으로 힘을 발휘할 수 있기 때문에 우리는 큰 기압에 의해 해를 입지 않는다. 하지만 이것은 만약 여러분이 우주 해적들에 의해 우주의 진공에 던져진다면, 여러분의 신체 압력은 계속해서 큰 힘으로 밀어내지만, 공기가 들어오지 않을 것이라는 것을 의미한다. 자, 그럼 액체의 무게는 물속에 가라앉은 물체에 압력을 가할 수 있지만 액체가 얼마나 많은 압력을 가할지 어떻게 정확히 알 수 있을까? 다음 도표에서 보듯이 풀장에 떨어진 콩 통조림을 생각해 보라. 콩 통조림 위에 있는 물기둥의 무게는 캔의 상부에 압력을 가하고 있다. 압력에 대한 표현을 알아내기 위해 우리는 압력의 정의부터 시작할 것이다. 그 힘을 위해서 우리는 물기둥의 무게를 콩 통조림 위에 꽂아야 한다. 언뜻 보기에는 이것이 공식을 더 복잡하게 만들었을 뿐이지만, 마술 같은 일이 일어나려고 한다. 우리는 분자의 부피와 분자의 부피를 가지고 있기 때문에, 여기서는 단순화를 위해 무엇인가를 취소하려고 한다.